2. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek.

Az előadások a következő témára: "2. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek."— Előadás másolata:

1 2. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek megértésükhöz

2 Az elektromos vezetés elmélete 1. Sávelmélet 2. Fermi-Dirac eloszlás 3. Vezetéselmélet

3 Sávelmélet

4 Fermi-Dirac eloszlás Az elektronok eloszlását írja le a megengedett sávokban. Az  nergiájú szint betöltöttsége:  F az ún. Fermi-szint

5 1. Ha T  0, f(  ha  F és f(  ha  F 2. Ha T>0, f(  F ) = 1/2, azaz  F jellemzi, hogy meddig van betöltve a sáv A Fermi-szint jelentései

6 Vezetéselmélet - A szilárd testekben elektronok vezetnek, amelyek az elektromos tér hatására felgyorsulnak. - A gyorsulás során energiájuk nő. - Az elektromos vezetés feltétele, hogy az elektronok energiájukat kissé növelve megengedett sávban maradjanak.

7 Szigetelők, vezetők, félvezetők

8 A tiltott sáv szélessége gyémánt 5,2 eV  szigetelő germánium 0,6 eV  saját vezetésű félvezető

9 Vezetés fémekben A felgyorsuló elektronok növelhetik az energiájukat, mivel vannak betöltetlen szintek közvetlenül a betöltöttek felett. A vezetés 0 K-en is lehetséges.

10 Donor-szennyezett félvezető A donor elektronjainak energiája közel esik a vezető sáv aljához. Ezek az elektronok termikus gerjesztés hatására a vezető sávba juthatnak, ahol gyorsulhatnak, mivel van üres energiaszint (elektronvezetés).

11 Akceptor félvezető Az akceptor betöltetlen szintje közel esik a vegyértéksáv tetejéhez. Termikusan felkerülhetnek elektronok az akceptor szintre. A vegyértéksávban megüresedett szintek teszik lehetővé az elektronok gyorsulását (lyukvezetés).

12 Dióda sávszerkezete I.

13 Dióda sávszerkezete II.

14 Dióda sávszerkezete III.

15 Sugárzásos rekombináció

16 Spontán emisszió: LED (Light Emitting Diode) Stimulált emisszió: lézerdióda

17 GaAs diódalézer

18 Gyakorlatban használt félvezetőlézerek p-Ga x Al 1-x As p-GaAs n- Ga x Al 1-x As n-GaAs Nem diódák, hanem több rétegű félvezető rendszerek. Például: aktív réteg

19 A félvezető-lézerek hullámhossza - Elsődlegesen az anyagtól függ. - Többségük az infravörös tartományban működik. Példák GaAs 900 nm Ga x In 1-x P y As 1-y 1100 -1700 nm 3000 - 30000 nm - Hangolás csak szűk tartományon belül durván hőmérsékletváltoztatással (hűteni kell) finomabban áramerősséggel

20 Félvezető-lézerek jellegzetességei - Kis méret - kis teljesítmény - Jó hatásfok - Széttartó sugár (lencserendszerrel javítják) - Olcsó - Üzemeltetése olcsó (kis elektromos teljesítményt vesz fel, léghűtés elég, nem kell hűtővíz)

21 Félvezetőlézerek alkalmazásai Lézeres mutatópálca Lézernyomtató Vonalkód-leolvasó Optikai távközlés – száloptikával CD lejátszó, DVD technika (infravörös, vörös) HD-DVD (kék, lila) Ionkristály lézerek pumpálása Spektroszkópia: infravörös gázanalízis

22

23 A kék félvezetőlézer és LED

24 Kék félvezetőlézer használata optikai tárolásban

25 Mit tett egy középvállalkozás a kutatásban?

26